Pengelompokan Switch Pemutus dalam Grid HVDC

Peralatan pemutus HVDC:
Peralatan pemutus HVDC (DS) digunakan untuk memutuskan pelbagai litar dalam rangkaian penghantaran HVDC. Sebagai contoh, DS HVDC digunakan untuk tugas-tugas pemutusan seperti pemutusan arus muatan laluan atau kabel, pemindahan laluan tanpa beban, atau pemindahan kabel, selain daripada memutuskan peralatan termasuk bank penukar (valv tiristor), bank penapis, dan laluan pendam. DS HVDC juga digunakan pada alat pemutus DC untuk mengakhiri arus baki atau arus kebocoran melalui pemutus selepas membersihkan arus ralat.

Gambar 1: Contoh rajah tiang tunggal pemutus HVDC dalam sistem HVDC bipolar

Gambar 1 menunjukkan contoh rajah tiang tunggal dengan peralatan pemutusan berkaitan (kecuali pemutus pemindahan kembalian logam) dalam sistem penghantaran HVDC bipolar di Jepun. Secara umum, keperluan untuk DS HVDC dan ES dalam sistem HVDC adalah serupa dengan DS HVAC dan ES yang digunakan dalam sistem AC, tetapi beberapa peralatan memerlukan keperluan tambahan bergantung pada aplikasi mereka. Jadual 1 memberikan tugas-tugas pemutusan utama yang dikenakan kepada DS HVDC ini (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Jadual 1: Tugas-tugas pemutusan utama pemutus (DS) yang diterapkan pada sistem HVDC bipolar

Kumpulan pemutus HVDC:
Kumpulan A: DS diperlukan untuk memutuskan arus pelepasan laluan disebabkan oleh muatan baki kabel laut yang mempunyai kapasitansi yang relatif besar (kira-kira 20 μF). Voltan baki yang terhasil dalam laluan selepas penghentian penukar dibuang melalui litar snubber dalam bank penukar di kedua-dua C/S (Anan C/S dan Kihoku C/S) ke tanah. Pemalar masa pelepasan adalah kira-kira 40 s, yang setara dengan masa pelepasan 3 min. Arus pelepasan ditetapkan pada 0.1 A berdasarkan nilai yang dikira dari voltan baki 125 kV dan rintangan litar snubber dalam valv tiristor.

Kumpulan B: DS biasanya digunakan untuk memindahkan laluan yang rosak ke laluan neutral sihat untuk menggunakan laluan neutral sebagai laluan penghantaran secara sementara atau kekal selepas sistem sepenuhnya berhenti. Ini memerlukan spesifikasi yang sama dengan DS kumpulan A.

Kumpulan C: DS diperlukan untuk memindahkan arus beban nominal dari DS ke pemutus by-pass (BPS) yang disambung selari dengan bank penukar untuk memulakan semula unit bank. Spesifikasi arus pemindahan adalah 2800 A dalam projek ini. Gambar 2 menggambarkan proses pemindahan arus nominal dari DS ke BPS.

Pada mulanya, unit bank penukar atas dihentikan dan unit bank penukar bawah beroperasi. Untuk mengoperasikan unit bank atas dari keadaan berhenti, DS C1 dibuka untuk meneruskan arus nominal ke BPS. Berdasarkan analisis dengan litar setara proses pemindahan arus yang ditunjukkan dalam Gambar 2 c, keperluan untuk DS kumpulan C diberikan oleh voltan DC 1 V pada arus nominal 2800 A, di mana voltan tersebut dikira dengan rintangan dan induktansi per unit panjang yang sepadan dengan panjang pemindahan arus termasuk DC-GIS.

Gambar 2: Operasi pemindahan arus DS kumpulan C. (a) posisi DS tertutup, (b) posisi DS terbuka, (c) litar setara DS

Kumpulan D: DS diperlukan untuk memutuskan arus muatan bank penukar apabila unit bank penukar dihentikan. Walaupun valv tiristor dihentikan, arus getaran masih mengalir melalui kapasitansi stray bank penukar. Hasil analisis menunjukkan bahawa sangat mungkin arus getaran dipotong kurang dari 1 A, dan voltan pemulihan akibat perbezaan antara voltan DC baki sisi penukar dan voltan DC sisi laluan yang termasuk komponen getaran kurang dari 70 kV seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 3: Perbezaan voltan antara kontak DS

Kesimpulan tentang pengelompokan pemutus HVDC:
Prestasi pemutusan semua DS HVDC dari kumpulan A hingga D direka berdasarkan DS AC, dan prestasinya disahkan melalui ujian kilang dengan kondisi ujian yang ditunjukkan dalam Jadual 1. Tiada perbezaan reka bentuk yang signifikan antara DS HVAC dan DS HVDC kecuali jarak merayau, yang kira-kira 20% lebih panjang untuk aplikasi HVDC.

Gambar 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) yang digunakan untuk 500 kV-DC GIS

Alat pemutus bertegangan gas (DC-GIS) yang terdiri daripada beberapa DS HVDC dan pemutus grounding (ES) juga digunakan dalam rangkaian HVDC dekat pantai. Gambar 4 menunjukkan contoh DC-GIS termasuk DS DC dan ES DC yang dipasang di stesen penukar dalam sistem HVDC bipolar, yang telah dibina pada tahun 2000.